DE102007020596A1 - Detector arrangement for non-dispersive infrared gas analyzer, has N-dimensional calibration matrix received signal values of sensors in presence from different well-known transverse gas concentrations - Google Patents

Detector arrangement for non-dispersive infrared gas analyzer, has N-dimensional calibration matrix received signal values of sensors in presence from different well-known transverse gas concentrations Download PDF

Info

Publication number
DE102007020596A1
DE102007020596A1 DE102007020596A DE102007020596A DE102007020596A1 DE 102007020596 A1 DE102007020596 A1 DE 102007020596A1 DE 102007020596 A DE102007020596 A DE 102007020596A DE 102007020596 A DE102007020596 A DE 102007020596A DE 102007020596 A1 DE102007020596 A1 DE 102007020596A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas component
sample gas
signal values
layer receiver
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007020596A
Other languages
German (de)
Inventor
Ralf Bitter
Camiel Dr. Heffels
Thomas Hörner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102007020596A priority Critical patent/DE102007020596A1/en
Priority to US12/598,488 priority patent/US8158945B2/en
Priority to PCT/EP2008/055100 priority patent/WO2008135416A1/en
Priority to EP08749753.3A priority patent/EP2142909B1/en
Publication of DE102007020596A1 publication Critical patent/DE102007020596A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/37—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using pneumatic detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G01N21/61—Non-dispersive gas analysers

Abstract

The arrangement has an evaluation device (18) including a N-dimensional calibration matrix (22), in which signal values of sensors (16, 17) are received in presence from different transverse gas concentrations (S1, S2). The evaluation device is formed to determine a concentration of a measuring gas component when measuring unknown concentrations of the measuring gas component in presence of unknown transverse gas concentrations by comparison of the received n-tuple of signal values with the signal values stored in the calibration matrix.

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektoranordnung für einen nichtdispersiven Infrarot-(NDIR-)Gasanalysator zum Nachweis einer Messgaskomponente in einem Gasgemisch, mit einem ersten Einschichtempfänger und mindestens einem weiteren Einschichtempfänger, die hintereinander im Strahlengang des Gasanalysators liegen, wobei der erste Einschichtempfänger die Messgaskomponente und der mindestens eine weitere Einschichtempfänger ein Quergas oder die Messgaskomponente – auch in einer anderen Konzentration als der erste Einschichtempfänger – enthält, und mit einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Konzentration der Messgaskomponente in dem Gasgemisch aus von druck- oder strömungsempfindlichen Sensoren der Einschichtempfänger gelieferten Signalen.The The invention relates to a detector arrangement for a non-dispersive Infrared (NDIR) gas analyzer for detection of a sample gas component in a gas mixture, with a first single-layer receiver and at least one further single-layer receiver, one behind the other lie in the beam path of the gas analyzer, wherein the first single-layer receiver the measurement gas component and the at least one further single-layer receiver a transverse gas or the sample gas component - even in one concentration other than the first single-layer receiver, and with an evaluation device for determining the concentration of Sample gas component in the gas mixture of pressure or flow sensitive Sensors of the single-layer receiver supplied signals.

Eine derartige, aus der DE-AS 1 109 418 bekannte Detektoranordnung weist zwei hintereinander liegende Einschichtempfänger auf, die beide mit der Messgaskomponente gefüllt sind, wobei der Partialdruck der Messgaskomponente in dem ersten Einschichtempfänger niedriger als in dem zweiten Einschichtempfänger gewählt ist. Alternativ enthalten die beiden Einschichtempfänger unterschiedliche Gasfüllungen, wobei z. B. zur Messung von Methan in Gegenwart von Wasserdampf der erste Einschichtempfänger mit der Messgaskomponente Methan und der weitere Einschichtempfänger mit Ammoniak als Ersatz für das Quergas Wasserdampf gefüllt ist. Die Einschichtempfänger weisen jeweils eine im Strahlengang des Gasanalysators liegende aktive Detektorkammer und eine mit ihr über eine Verbindungsleitung verbundene passive Ausgleichskammer außerhalb des Strahlengangs auf, die einen Membrankondensator als druckempfindlichen Sensor enthält. Alternativ kann ein strömungsempfindlicher Sensor in der Verbindungsleitung angeordnet werden, so wie es z. B. aus J. Staab: "Industrielle Gasanalyse", Oldenbourg, 1994, Seiten 167f und 172f bekannt ist.Such, from the DE-AS 1,109,418 known detector arrangement has two successive single-layer receiver, which are both filled with the sample gas component, wherein the partial pressure of the sample gas component is selected lower in the first single-layer receiver than in the second single-layer receiver. Alternatively, the two single-layer receiver contain different gas fillings, wherein z. B. for the measurement of methane in the presence of water vapor, the first single-layer receiver with the measuring gas component methane and the other single-layer receiver is filled with ammonia as a substitute for the quench water vapor. The single-layer receivers each have an active detector chamber located in the beam path of the gas analyzer and a passive compensation chamber connected to it via a connecting line outside the beam path, which contains a membrane capacitor as a pressure-sensitive sensor. Alternatively, a flow-sensitive sensor in the connecting line can be arranged, as it is z. B. off J. Staab: "Industrial Gas Analysis", Oldenbourg, 1994, pages 167f and 172f is known.

Bei der aus der DE-AS 1 109 418 bekannten Detektoranordnung werden die von den Sensoren der beiden Einschichtempfänger gelieferten Signale einer Auswerteschaltung zugeführt, die als Kompensationsschaltung ausgebildet ist und das Verhältnis beider Signale bildet. Unter der Voraussetzung, dass die Gasfüllung des zweiten Einschichtempfängers in Bezug auf Zusammensetzung und/oder Druck derart gewählt ist, dass das Absorptionsgebiet dieses zweiten Einschichtempfängers das schmalere Absorptionsgebiet des ersten Einschichtempfängers breit überdeckt, wird erreicht, dass das Sensorsignal des zweiten Einschichtempfängers, welches nur auf dem Einfluss der in dem ersten Einschichtempfänger nicht absorbierten Strahlung beruht und daher auf die Komponente des breiten Absorptionsbereichs zurückgeht, denjenigen Anteil in dem Sensorsignal des ersten Einschichtempfängers kompensiert, der gerade von dieser überdeckenden Komponente des breiten Absorptionsbereichs in dem ersten Einschichtempfänger herrührt.At the time of the DE-AS 1,109,418 known detector arrangement, the signals supplied by the sensors of the two single-layer receiver are supplied to an evaluation circuit, which is designed as a compensation circuit and forms the ratio of the two signals. Provided that the gas filling of the second single-layer receiver is chosen in terms of composition and / or pressure such that the absorption region of this second single-layer receiver broadly covers the narrower absorption region of the first single-layer receiver, it is achieved that the sensor signal of the second single-layer receiver, which only is due to the influence of the radiation not absorbed in the first single-layer receiver and therefore due to the component of the broad absorption range, compensates for that portion in the sensor signal of the first single-layer receiver just originating from this covering component of the broad absorption region in the first single-layer receiver.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompensation des Einflusses von Quergasen auf das Messergebnis zu ermöglichen, ohne dass die oben genannte Voraussetzung erfüllt sein muss.Of the Invention is based on the object, a compensation of the influence of cross gases to allow the measurement result without that the above requirement must be fulfilled.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei der Detektoranordnung der eingangs angegebenen Art die Auswerteeinrichtung eine entsprechend der Anzahl n der Einschichtempfänger n-dimensionale Kalibrationsmatrix enthält, in der bei unterschiedlichen bekannten Konzentrationen der Messgaskomponente in Anwesenheit von unterschiedlichen bekannten Quergaskonzentrationen erhaltene Signalwerte der Sensoren als n-Tupel abgespeichert sind, und dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, beim Messen von unbekannten Konzentrationen der Messgaskomponente in Anwesenheit von unbekannten Quergaskonzentrationen durch Vergleich der dabei erhaltenen n-Tupel von Signalwerten mit den in der Kalibrationsmatrix abgespeicherten n-Tupeln von Signalwerten die Konzentration der Messgaskomponente zu ermitteln.According to the Invention, the object is achieved in that in the Detector assembly of the type specified the evaluation one corresponding to the number n of the single-layer receiver n-dimensional calibration matrix contains in the case of different known concentrations of the sample gas component in the presence of signal values obtained from different known interfering gas concentrations the sensors are stored as n-tuple, and that the evaluation device is designed to measure unknown concentrations the sample gas component in the presence of unknown gas cross-concentrations by comparing the obtained n-tuple of signal values with the n-tuples of signal values stored in the calibration matrix to determine the concentration of the sample gas component.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Detektoranordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the detector arrangement according to the invention are given in the subclaims.

Das Sensorsignal eines jeden Einschichtempfängers enthält neben dem durch die Strahlungsabsorption in dem eigenen Einschichtempfänger erzeugten hauptsächlichen Signalanteil auch geringere Signalanteile aus den jeweils anderen Einschichtempfängern. Die Sensorsignale von n Einschichtempfängern bilden daher eine n-dimensionale Ergebnismatrix. Enthält der erste Einschichtempfänger die Messgaskomponente und sind die nachgeordneten n – 1 Einschichtempfänger mit unterschiedlichen Quergasen gefüllt, so lässt sich die Konzentration einer Messgaskomponente auch in Anwesenheit der Quergase in unterschiedlichen Konzentrationen ermitteln. Dazu werden entsprechend der Erfindung zunächst die bei verschiedenen bekannten Konzentrationen der Messgaskomponente in Anwesenheit von verschiedenen bekannten Konzentrationen der n – 1 unterschiedlichen Quergase erhaltenen Signalwerte als n-Tupel zusammen mit dem jeweiligen bekannten Konzentrationswert der Messgaskomponente in einer Kalibrationsmatrix abgespeichert. Soll dann später eine unbekannte Konzentration der Messgaskomponente in Anwesenheit der Quergase, deren Konzentrationen ebenfalls unbekannt sind, ermittelt werden, so werden die dabei erhaltenen n-Tupel von Signalwerten mit den in der Kalibrationsmatrix abgespeicherten n-Tupeln von Signalwerten verglichen und der entsprechende Konzentrationswert der Messgaskomponente aus der Kalibrationsmatrix ermittelt.The sensor signal of each single-layer receiver contains, in addition to the main signal component generated by the radiation absorption in the own single-layer receiver, also lower signal components from the respective other single-layer receivers. The sensor signals of n single-layer receivers therefore form an n-dimensional result matrix. If the first single-layer receiver contains the sample gas component and the downstream n-1 single-layer receivers are filled with different transverse gases, the concentration of a sample gas component can also be determined in different concentrations in the presence of the transverse gases. For this purpose, according to the invention, first the signal values obtained at different known concentrations of the sample gas component in the presence of different known concentrations of the n-1 different transverse gases are stored as n-tuples together with the respective known concentration value of the sample gas component in a calibration matrix. Should then later an unknown concentration of the sample gas component in the presence of the transverse gases, their concentrations are also unknown, the n-tuples thus obtained are compared by signal values with the n-tuples of signal values stored in the calibration matrix, and the corresponding concentration value of the sample gas component is determined from the calibration matrix.

Für die Erstellung der Kalibrationsmatrix reicht eine begrenzte Anzahl von Messungen mit bekannten Konzentrationen der Messgaskomponente in Anwesenheit von bekannten Konzentrationen der Quergase aus, um eine Reihe von Stützwerten zu erhalten, von denen ausgehend die Kalibrationsmatrix mittels eines Simulationsprogramms beispielsweise durch Interpolation der Stützwerte bzw. Extrapolation komplettiert wird. Der Begriff Kalibrationsmatrix umfasst hier auch die sie beschreibende mathematische Funktionen und ihre Parameter.For the creation of the calibration matrix is limited measurements with known concentrations of the sample gas component in the presence of known concentrations of the transverse gases to obtain a set of supporting values from which to base the calibration matrix by means of a simulation program, for example completed by interpolation of the supporting values or extrapolation becomes. The term calibration matrix also includes here the descriptive mathematical functions and their parameters.

Die allgemeine Anwendbarkeit der Erfindung wird nur durch die Dynamikbereiche der jeweiligen Gase eingeschränkt. In der Praxis müssen daher sowohl der Dynamikbereich der Messgaskomponente als auch die Dynamikbereiche der Quergase durch die entsprechende Auslegung des Gasanalysators (Strahler, Länge der verwendeten Küvetten und Detektorkammern) an die Anforderungen angepasst werden.The general applicability of the invention is only by the dynamic ranges restricted to the respective gases. In practice, need hence both the dynamic range of the sample gas component and the dynamic ranges the transverse gases by the appropriate design of the gas analyzer (Emitter, length of the used cuvettes and Detector chambers) can be adapted to the requirements.

Alternativ zur Füllung der weiteren Einschichtempfänger mit Quergasen können diese auch mit der Messgaskomponente gefüllt werden. Dies kann mit unterschiedlichen Konzentrationen geschehen, wobei die Konzentration in dem ersten Einschichtempfänger vorzugsweise am geringsten ist. Dabei werden, nicht wie oben, die Quergase direkt, sondern lediglich ihr Einfluss auf die Messung der Konzentration der Messgaskomponente bestimmt. Dadurch sind Quergaseinflüsse direkt mit der notwendigen Genauigkeit der Messgaskomponente kompensierbar, ohne dass die Dynamikbereiche der Quergase berücksichtigt werden müssen. Durch die Absorption in dem ersten Einschichtempfänger, wird ein Signal erzeugt, das sowohl Informationen über die Messgaskomponente als auch über die anwesenden Quergase enthält. Ein Effekt der Absorption in dem ersten Einschichtempfänger ist aber auch, dass die verschiedenen Wellenlängenanteile der Strahlung unterschiedlich gewichtet werden, wobei die wellenlängenabhängige Wichtung dem Transmissionsverhalten der Messgaskomponente entspricht. In dem folgenden Einschichtempfänger wird diese wellenlängengewichtete Strahlung nun erneut integral erfasst, so dass es möglich ist, zwischen unterschiedlichen spektralen Formen, und damit unterschiedlichen Konzentrationen von Quergasen, zu unterscheiden. Es entsteht also auch hier eine n-dimensionale Ergebnismatrix, die über die jeweils n erhaltenen Signalwerte zur genauen Messgaskonzentration führt und den Quergaseinfluss kompensiert.alternative to fill the other single-layer receiver with Quergases can also fill these with the sample gas component become. This can be done with different concentrations the concentration in the first single-layer receiver is preferably the lowest. It will, not as above, the Quergase directly, but only their influence on the measurement the concentration of the sample gas component determined. As a result, are interfering gas influences directly compensated with the necessary accuracy of the sample gas component, without taking into account the dynamic ranges of the transverse gases Need to become. Due to the absorption in the first single-layer receiver, a signal is generated that contains both information about the measuring gas component as well as the present transverse gases contains. An effect of absorption in the first single-layer receiver But it is also that the different wavelength components the radiation are weighted differently, the wavelength-dependent Weighting corresponds to the transmission behavior of the sample gas component. In the following single-layer receiver, this wavelength-weighted radiation becomes now integrally captured again so that it is possible between different spectral shapes, and thus different Concentrations of transverse gases, to be distinguished. It arises so Again, an n-dimensional result matrix, the over the respective n obtained signal values for exact measurement gas concentration leads and compensates for the interference of the gas.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen:to Further explanation of the invention will be in the following the figures of the drawing are referred to; in detail show:

1 ein Ausführungsbeispiel eines NDIR-Gasanalysators in Einkanal-Ausführung, 1 an embodiment of a NDIR gas analyzer in a single-channel design,

2 ein Beispiel eines NDIR-Gasanalysators in Zweikanal-Ausführung, 2 an example of a NDIR gas analyzer in two-channel design,

3 ein Beispiel für die Kalibrationsmatrix und 3 an example of the calibration matrix and

4 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Detektoranordnung. 4 an example of the detector arrangement according to the invention.

1 zeigt einen NDIR-Gasanalysator 1 in Einkanal-Ausführung mit einem Infrarot-Strahler 2, der eine Messstrahlung 3 erzeugt. Die Messstrahlung 3 durchstrahlt eine Messküvette 4, die ein Gasgemisch 5 mit einer Messgaskomponente enthält, deren Konzentration zu bestimmen ist. Dabei wird die Messstrahlung 3 mittels eines zwischen dem Infrarot-Strahler 2 und der Messküvette 4 angeordneten rotierenden Modulatorrads (Chopper, Zerhacker) 6 moduliert. Nach Durchstrahlen der Messküvette 4 fällt die Messstrahlung 3 auf eine Detektoranordnung 7 bestehend aus einem ersten Einschichtempfänger 8 und einem nachgeordneten weiteren Einschichtempfänger 9. Jeder der beiden Einschichtempfänger 8, 9 weist jeweils eine im Strahlengang 3 des Gasanalysators 1 liegende aktive Detektorkammer 10 bzw. 11 und außerhalb des Strahlengangs 3 eine passive Ausgleichskammer 12 bzw. 13 auf, die über eine Verbindungsleitung 14 bzw. 15 mit einem darin angeordneten druck- oder strömungsempfindlichen Sensor 16 bzw. 17 miteinander verbunden sind. Die Sensoren 16 und 17 erzeugen Signale S1 und S2, aus denen in einer Auswerteeinrichtung 18 als Messergebnis M die Konzentration der Messgaskomponente in dem Gasgemisch 5 ermittelt wird. 1 shows an NDIR gas analyzer 1 in single-channel version with an infrared emitter 2 , which is a measuring radiation 3 generated. The measuring radiation 3 radiates through a measuring cuvette 4 containing a gas mixture 5 containing a sample gas component whose concentration is to be determined. In the process, the measuring radiation becomes 3 by means of a between the infrared emitter 2 and the cuvette 4 arranged rotating modulator wheel (chopper, chopper) 6 modulated. After irradiating the measuring cuvette 4 the measuring radiation falls 3 on a detector array 7 consisting of a first single-layer receiver 8th and a downstream further single-layer receiver 9 , Each of the two single-layer receivers 8th . 9 each has one in the beam path 3 of the gas analyzer 1 lying active detector chamber 10 respectively. 11 and outside the beam path 3 a passive compensation chamber 12 respectively. 13 on that over a connecting line 14 respectively. 15 with a pressure or flow-sensitive sensor disposed therein 16 respectively. 17 connected to each other. The sensors 16 and 17 generate signals S1 and S2, from which in an evaluation device 18 as measurement result M, the concentration of the sample gas component in the gas mixture 5 is determined.

Der in 2 gezeigte NDIR-Gasanalysator 1' unterscheidet sich von dem nach 1 durch einen Zweistrahl-Aufbau. Mittels eines Strahlteilers 20 (sog. Hosenkammer) wird die von dem Infrarot-Strahler 2 erzeugte Messstrahlung 3 auf einen Messstrahlengang durch die das Gasgemisch 5 mit der Messgaskomponente enthaltende Messküvette 4 und einen Vergleichsstrahlengang durch eine mit einem Vergleichsgas 20 gefüllte Vergleichsküvette 21 aufgeteilt. Hinter der Messküvette 4 und der Vergleichsküvette 21 werden der Messstrahlengang und der Vergleichsstrahlengang mittels eines Strahlungssammlers 22 wieder zusammengeführt und gelangen anschließend in die unter Bezug auf 1 bereits beschriebene Detektoranordnung 7.The in 2 shown NDIR gas analyzer 1' is different from that 1 through a two-jet setup. By means of a beam splitter 20 (so-called trouser chamber) becomes that of the infrared emitter 2 generated measuring radiation 3 on a measuring beam through which the gas mixture 5 with the measuring gas component containing cuvette 4 and a comparison beam path through one with a reference gas 20 ge filled reference cuvette 21 divided up. Behind the measuring cuvette 4 and the comparison cuvette 21 become the measuring beam path and the reference beam path by means of a radiation collector 22 merged again and then get into the reference to 1 already described detector arrangement 7 ,

Die Auswerteeinrichtung 18 enthält eine Kalibrationsmatrix 22, die in 3 im Detail dargestellt ist und an Hand derer im Folgenden die Funktionsweise der Detektoranordnung 7 näher erläutert wird.The evaluation device 18 contains a calibration matrix 22 , in the 3 is shown in detail and on the basis of which the operation of the detector arrangement 7 is explained in more detail.

In die Messküvette 4 werden nacheinander verschiedene Quergaskonzentrationen mit verschiedenen Konzentrationen der Messgaskomponente eingeführt. Für jede zur Verfügung stehende Konzentration wird ein Wertepaar (2-Tupel) der Signale S1 und S2 gemessen, so wie dies beispielhaft in der nachfolgenden Tabelle dargestellt ist. Aus den aufgenommenen Wertepaaren der Signale 51 und S2 und den zugehörigen bekannten Konzentrationswerten der Messgaskomponente wird die Kalibrationsmatrix 22 erstellt, wobei Zwischenwerte durch Interpolation der aufgenommenen bzw. bekannten Stützwerte gebildet werden. Die Kalibrationsmatrix 22 kann auch in Form einer sie beschreibende mathematische Funktion und der zugehörigen Funktionsparameter in der Auswerteeinrichtung 18 hinterlegt sein. Messgaskomponente in ppm Quergaskomponente in ppm S1 S2 0 0 ... ... 0 5000 ... ... 0 10000 ... ... 0 15000 ... ... 0 20000 ... ... 500 0 ... ... 500 5000 ... ... 500 10000 ... ... 500 15000 ... ... 500 20000 ... ... 1000 0 ... ... 1000 5000 ... ... 1000 10000 ... ... 1000 15000 ... ... 1000 20000 ... ... Into the measuring cuvette 4 successively different gas concentrations are introduced with different concentrations of the sample gas component. For each available concentration, a value pair (2-tuple) of the signals S1 and S2 is measured, as shown by way of example in the table below. From the recorded value pairs of the signals 51 and S2 and the associated known concentration values of the sample gas component becomes the calibration matrix 22 created, intermediate values are formed by interpolation of the recorded or known support values. The calibration matrix 22 can also be in the form of a mathematical function describing it and the associated function parameters in the evaluation device 18 be deposited. Sample gas component in ppm Cross-gas component in ppm S1 S2 0 0 ... ... 0 5000 ... ... 0 10000 ... ... 0 15000 ... ... 0 20000 ... ... 500 0 ... ... 500 5000 ... ... 500 10000 ... ... 500 15000 ... ... 500 20000 ... ... 1000 0 ... ... 1000 5000 ... ... 1000 10000 ... ... 1000 15000 ... ... 1000 20000 ... ...

4 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Detektoranordnung 7, das deren alternative Verwendung als Zweischichtempfänger ermöglicht, so dass für unterschiedliche Anwendungen nicht unterschiedliche Typen von Detektoranordnungen produziert werden müssen. Die Ausgleichskammern 12, 13 des ersten und des zweiten Einschichtempfängers 8, 9 sind über eine verschließbare Kapillare 23 miteinander verbunden. Die Kapillare 23 ist derart bemessen, dass sie als pneumatischer Tiefpass wirkt und die durch die Modulation der Strahlung 3 in den Einschichtempfängern 8, 9 hervorgerufenen Druckänderungen nicht zwischen den Ausgleichskammern 12, 13 überträgt. 4 finally shows an embodiment of the detector arrangement according to the invention 7 , which allows their alternative use as a two-layer receiver, so that different types of detector arrangements need not be produced for different applications. The compensation chambers 12 . 13 the first and the second single-layer receiver 8th . 9 are via a closable capillary 23 connected with each other. The capillary 23 is dimensioned to act as a pneumatic low pass and through the modulation of radiation 3 in single-layer recipients 8th . 9 not caused pressure changes between the compensation chambers 12 . 13 transfers.

Beim erfindungsgemäßen Gebrauch der Detektoranordnung 7 ist die Kapillare 23 verschlossen und die Einschichtempfänger 8, 9 werden getrennt über Gasanschlüsse 24, 25, 26, 27 mit unterschiedlichen Gasen bzw. unterschiedlichen Gaskonzentrationen gefüllt. Der Verschluss 28 der Kapillare 23 kann über ein stellbares Ventil oder bei der Herstellung der Detektoranordnung durch Klebstoff oder Verschmelzen der Kapillare 23 erfolgen.In the inventive use of the detector arrangement 7 is the capillary 23 closed and the single-layer receiver 8th . 9 are separated via gas connections 24 . 25 . 26 . 27 filled with different gases or different gas concentrations. The closure 28 the capillary 23 can be via an adjustable valve or in the manufacture of the detector assembly by adhesive or fusion of the capillary 23 respectively.

Bei Verwendung der Detektoranordnung 7 als Zweischichtdetektor ist die Kapillare 23 geöffnet, so dass beiden Hälften 8, 9 des Zweischichtdetektors in einem einzigen Füllschritt mit dem Gas gefüllt werden können. Wenn aufgrund unterschiedlicher Leckraten der Gasaustritt über längere Zeit aus beiden Hälften 8, 9 des Zweischichtdetektors unterschiedlich ist, kommt es über die Kapillare 23 zu einem Druck- und Konzentrationsausgleich zwischen beiden Hälften 8, 9 des Zweischichtdetektors, wodurch der Messfehler minimiert wird. Da die Kapillare 23 als pneumatischer Tiefpass wirkt, werden die messtechnischen periodischen Druckänderungen nicht zwischen den beiden Hälften 8, 9 des Zweischichtdetektors übertragen.When using the detector arrangement 7 as a two-layer detector is the capillary 23 open, leaving both halves 8th . 9 of the two-layer detector can be filled with the gas in a single filling step. If due to different leakage rates of gas leakage over long periods of time from both halves 8th . 9 of the two-layer detector is different, it comes through the capillary 23 to a pressure and concentration balance between the two halves 8th . 9 of the two-layer detector, whereby the measurement error is minimized. Because the capillary 23 acts as a pneumatic low pass, the metrological periodic pressure changes are not between the two halves 8th . 9 of the two-layer detector.

Wie 4 weiter zeigt, weisen die aktiven Detektorkammern 10, 11 Fenster zum Einlass der Strahlung 3 auf. Anstelle eines Austrittsfensters kann zum Abschluss der letzten Detektorkammer 11 ein Spiegel 31 vorgesehen werden, um so die optisch wirksame Länge der letzten Detektorkammer 11 zu vergrößern.As 4 further shows the active detector chambers 10 . 11 Window to the inlet of the radiation 3 on. Instead of an exit window can be used to complete the last detector chamber 11 a mirror 31 be provided, so as to the optically effective length of the last detector chamber 11 to enlarge.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 1109418 [0002, 0003] - DE 1109418 [0002, 0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - J. Staab: "Industrielle Gasanalyse", Oldenbourg, 1994, Seiten 167f und 172f [0002] - J. Staab: "Industrial Gas Analysis", Oldenbourg, 1994, pages 167f and 172f [0002]

Claims (3)

Detektoranordnung (7) für einen nichtdispersiven Infrarot-(NDIR-)Gasanalysator (1, 1') zum Nachweis einer Messgaskomponente in einem Gasgemisch (5), mit einem ersten Einschichtempfänger (8) und mindestens einem weiteren Einschichtempfänger (9), die hintereinander im Strahlengang (3) des Gasanalysators (1, 1') liegen, wobei der erste Einschichtempfänger (8) die Messgaskomponente und der mindestens eine weitere Einschichtempfänger (9) ein Quergas oder die Messgaskomponente enthält, und mit einer Auswerteeinrichtung (18) zur Ermittlung der Konzentration der Messgaskomponente in dem Gasgemisch (5) aus von druck- oder strömungsempfindlichen Sensoren (16, 17) der Einschichtempfänger (8, 9) gelieferten Signalen (S1, S2), dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (18) eine entsprechend der Anzahl n der Einschichtempfänger (8, 9) n-dimensionale Kalibrationsmatrix (22) enthält, in der bei unterschiedlichen bekannten Konzentrationen der Messgaskomponente in Anwesenheit von unterschiedlichen bekannten Quergaskonzentrationen erhaltene Signalwerte (S1, S2) der Sensoren (16, 17) als n-Tupel abgespeichert sind, und dass die Auswerteeinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, beim Messen von unbekannten Konzentrationen der Messgaskomponente in Anwesenheit von unbekannten Quergaskonzentrationen durch Vergleich der dabei erhaltenen n-Tupel von Signalwerten (S1, S2) mit den in der Kalibrationsmatrix (22) abgespeicherten n-Tupeln von Signalwerten (S1, S2) die Konzentration der Messgaskomponente zu ermitteln.Detector arrangement ( 7 ) for a non-dispersive infrared (NDIR) gas analyzer ( 1 . 1' ) for detecting a sample gas component in a gas mixture ( 5 ), with a first single-layer receiver ( 8th ) and at least one further single-layer receiver ( 9 ), one behind the other in the beam path ( 3 ) of the gas analyzer ( 1 . 1' ), the first single-layer receiver ( 8th ) the sample gas component and the at least one further single-layer receiver ( 9 ) contains a transverse gas or the sample gas component, and with an evaluation device ( 18 ) for determining the concentration of the sample gas component in the gas mixture ( 5 ) from pressure or flow-sensitive sensors ( 16 . 17 ) the single-layer receiver ( 8th . 9 ) supplied signals (S1, S2), characterized in that the evaluation device ( 18 ) one corresponding to the number n of the single-layer receivers ( 8th . 9 ) n-dimensional calibration matrix ( 22 ), in the signal values (S1, S2) of the sensors (S1, S2) of the sensors obtained at different known concentrations of the sample gas component in the presence of different known interfering gas concentrations ( 16 . 17 ) are stored as n-tuples, and that the evaluation device ( 18 ) is designed to measure unknown concentra- tions of the sample gas component in the presence of unknown cross-gas concentrations by comparing the n-tuples of signal values (S1, S2) obtained with those in the calibration matrix ( 22 ) stored n-tuples of signal values (S1, S2) to determine the concentration of the sample gas component. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschichtempfänger (8, 9) jeweils eine im Strahlengang (3) des Gasanalysators (1, 1') liegende aktive Detektorkammer (10, 11) und außerhalb des Strahlengangs (3) eine passive Ausgleichskammer (12, 13) aufweisen, die über eine Verbindungsleitung (14, 15) mit dem darin angeordneten druck- oder strömungsempfindlichen Sensor (16, 17) miteinander verbunden sind.Detector arrangement according to Claim 1, characterized in that the monolayer receivers ( 8th . 9 ) one in the beam path ( 3 ) of the gas analyzer ( 1 . 1' ) lying active detector chamber ( 10 . 11 ) and outside the beam path ( 3 ) a passive compensation chamber ( 12 . 13 ), which via a connecting line ( 14 . 15 ) with the pressure or flow-sensitive sensor ( 16 . 17 ) are interconnected. Detektoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu ihrer alternativen Verwendung als Zweischichtempfänger die Ausgleichskammern (12, 13) des ersten und des weiteren Einschichtempfängers (8, 9) über eine verschließbare Kapillare (23) miteinander verbunden sind.Detector arrangement according to Claim 2, characterized in that, for its alternative use as a two-layer receiver, the equalization chambers ( 12 . 13 ) of the first and further single-layer receivers ( 8th . 9 ) via a closable capillary ( 23 ) are interconnected.
DE102007020596A 2007-05-02 2007-05-02 Detector arrangement for non-dispersive infrared gas analyzer, has N-dimensional calibration matrix received signal values of sensors in presence from different well-known transverse gas concentrations Withdrawn DE102007020596A1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007020596A DE102007020596A1 (en) 2007-05-02 2007-05-02 Detector arrangement for non-dispersive infrared gas analyzer, has N-dimensional calibration matrix received signal values of sensors in presence from different well-known transverse gas concentrations
US12/598,488 US8158945B2 (en) 2007-05-02 2008-04-25 Detector arrangement for a nondispersive infrared gas analyzer and method for the detection of a measuring gas component in a gas mixture by means of such a gas analyzer
PCT/EP2008/055100 WO2008135416A1 (en) 2007-05-02 2008-04-25 Detector arrangement for a nondispersive infrared gas analyser and method for the detection of a measuring gas component in a gas mixture by means of such a gas analyser
EP08749753.3A EP2142909B1 (en) 2007-05-02 2008-04-25 Detector arrangement for a nondispersive infrared gas analyser and method for the detection of a measuring gas component in a gas mixture by means of such a gas analyser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007020596A DE102007020596A1 (en) 2007-05-02 2007-05-02 Detector arrangement for non-dispersive infrared gas analyzer, has N-dimensional calibration matrix received signal values of sensors in presence from different well-known transverse gas concentrations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007020596A1 true DE102007020596A1 (en) 2008-11-06

Family

ID=39809554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007020596A Withdrawn DE102007020596A1 (en) 2007-05-02 2007-05-02 Detector arrangement for non-dispersive infrared gas analyzer, has N-dimensional calibration matrix received signal values of sensors in presence from different well-known transverse gas concentrations

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007020596A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009059962A1 (en) * 2009-12-22 2011-07-14 Siemens Aktiengesellschaft, 80333 NDIR dual-jet gas analyzer and method for determining the concentration of a sample gas component in a gas mixture by means of such a gas analyzer
WO2017044436A1 (en) * 2015-09-10 2017-03-16 Honeywell International Inc. Gas detector with normalized response and improved sensitivity
US10393591B2 (en) 2015-10-09 2019-08-27 Honeywell International Inc. Electromagnetic radiation detector using a planar Golay cell
US10883875B2 (en) 2015-03-05 2021-01-05 Honeywell International Inc. Use of selected glass types and glass thicknesses in the optical path to remove cross sensitivity to water absorption peaks
EP3772644A1 (en) 2019-08-06 2021-02-10 Siemens Aktiengesellschaft Non-dispersive infrared gas analyzer for determining at least two gas components in a measuring gas

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1109418B (en) 1956-01-18 1961-06-22 Beckman Instruments Inc Non-dispersive infrared analyzer with positive filtering
DE1181943B (en) * 1960-03-09 1964-11-19 Beckman Instruments Inc Non-dispersive infrared absorption gas concentration meter
GB1196326A (en) * 1966-07-27 1970-06-24 Onera (Off Nat Aerospatiale) Improvements in, or relating to Infra-red Analysers
US3679899A (en) * 1971-04-16 1972-07-25 Nasa Nondispersive gas analyzing method and apparatus wherein radiation is serially passed through a reference and unknown gas
US3899252A (en) * 1974-06-28 1975-08-12 Nasa Ndir gas analyzer based on absorption modulation ratios for known and unknown samples
US3953734A (en) * 1974-11-22 1976-04-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Nulling device for detection of trace gases by NDIR absorption
US3968370A (en) * 1974-01-03 1976-07-06 Bergwerksverband Gmbh Non-dispersive infrared gas analyzer
EP0387684B1 (en) * 1989-03-16 1995-05-24 The Perkin-Elmer Corporation Improved pressure-modulated infrared gas analyzer and method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1109418B (en) 1956-01-18 1961-06-22 Beckman Instruments Inc Non-dispersive infrared analyzer with positive filtering
DE1181943B (en) * 1960-03-09 1964-11-19 Beckman Instruments Inc Non-dispersive infrared absorption gas concentration meter
GB1196326A (en) * 1966-07-27 1970-06-24 Onera (Off Nat Aerospatiale) Improvements in, or relating to Infra-red Analysers
US3679899A (en) * 1971-04-16 1972-07-25 Nasa Nondispersive gas analyzing method and apparatus wherein radiation is serially passed through a reference and unknown gas
US3968370A (en) * 1974-01-03 1976-07-06 Bergwerksverband Gmbh Non-dispersive infrared gas analyzer
US3899252A (en) * 1974-06-28 1975-08-12 Nasa Ndir gas analyzer based on absorption modulation ratios for known and unknown samples
US3953734A (en) * 1974-11-22 1976-04-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Nulling device for detection of trace gases by NDIR absorption
EP0387684B1 (en) * 1989-03-16 1995-05-24 The Perkin-Elmer Corporation Improved pressure-modulated infrared gas analyzer and method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Staab: "Industrielle Gasanalyse", Oldenbourg, 1994, Seiten 167f und 172f
Staab.J.: Industrielle Gasanalyse. R. Oldenbourg Verlag Müchen Wien, 1994, S. 167-172 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009059962A1 (en) * 2009-12-22 2011-07-14 Siemens Aktiengesellschaft, 80333 NDIR dual-jet gas analyzer and method for determining the concentration of a sample gas component in a gas mixture by means of such a gas analyzer
DE102009059962B4 (en) * 2009-12-22 2011-09-01 Siemens Aktiengesellschaft NDIR dual-jet gas analyzer and method for determining the concentration of a sample gas component in a gas mixture by means of such a gas analyzer
US10883875B2 (en) 2015-03-05 2021-01-05 Honeywell International Inc. Use of selected glass types and glass thicknesses in the optical path to remove cross sensitivity to water absorption peaks
WO2017044436A1 (en) * 2015-09-10 2017-03-16 Honeywell International Inc. Gas detector with normalized response and improved sensitivity
CN108351293A (en) * 2015-09-10 2018-07-31 霍尼韦尔国际公司 Detector with normalized response and improvement sensitivity
US10458900B2 (en) 2015-09-10 2019-10-29 Honeywell International Inc. Gas detector with normalized response and improved sensitivity
US10393591B2 (en) 2015-10-09 2019-08-27 Honeywell International Inc. Electromagnetic radiation detector using a planar Golay cell
EP3772644A1 (en) 2019-08-06 2021-02-10 Siemens Aktiengesellschaft Non-dispersive infrared gas analyzer for determining at least two gas components in a measuring gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2142909B1 (en) Detector arrangement for a nondispersive infrared gas analyser and method for the detection of a measuring gas component in a gas mixture by means of such a gas analyser
DE102008009189B4 (en) Non-dispersive infrared gas analyzer
DE3932838A1 (en) CALIBRATION PROCEDURE FOR A NON-DISPERSIVE INFRARED GAS ANALYZER
DE19911260A1 (en) Infrared gas analyzer and method for operating this analyzer
WO2010133566A1 (en) Ndir-two beam gas analyser and method for determining the concentration of a measuring gas component in a gas mixture by means of said type of gas analyser
DE19547787C1 (en) Calibrating twin-jet laboratory gas analysis cuvette
DE102009059962B4 (en) NDIR dual-jet gas analyzer and method for determining the concentration of a sample gas component in a gas mixture by means of such a gas analyzer
DE102007020596A1 (en) Detector arrangement for non-dispersive infrared gas analyzer, has N-dimensional calibration matrix received signal values of sensors in presence from different well-known transverse gas concentrations
DE19509822C2 (en) Oil concentration measuring device
DE3116344C2 (en)
DE2352813A1 (en) TWO-BEAM ULTRAROGAS ANALYZER
DE2359637A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR CORRECTING THE MEASURING SIGNAL OF A TWO-BEAM PHOTOMETER FOR FLUID ANALYSIS
DE3524189A1 (en) Infrared gas analyser
DE102004006677A1 (en) Infrared gas sensor and method for gas concentration measurement with this sensor
EP2551662B1 (en) Optical gas analysis device with resources to improve the selectivity of gas mixture analyses
DE102016108545B4 (en) NDIR gas sensor and its calibration procedure
DE1082433B (en) Arrangement for the calibration of gas analysis devices based on the principle of absorption of infrared radiation
DE2638522C3 (en) Non-dispersive two-beam infrared gas analyzer with a double-layer receiver each in the measuring and comparison beam path
DE102007035711A1 (en) Detector arrangement for non-dispersive infrared gas analyzer for detection of measuring gas component in gas mixture, has two single-layer receivers, which lie one behind other in beam path of gas analyzer
EP1621868A1 (en) Apparatus and method for calibration of the sensitivity of a photometer
DE102005016320A1 (en) Infrared gas sensor for humidity measurement, has concentration sensor to measure concentration of sample gas in flushing gas, where neutral point of optical concentration measurement unit is corrected based on measurement concentration
DE19628033C1 (en) Drift compensation method for chemical sensors, e.g used for leak detection
DE19735599A1 (en) Nondispersive infrared spectrometer
WO2021160379A1 (en) Non-dispersive infrared gas analyser and method for gas analysis
DE2326123B2 (en) Non-dispersive infrared photometer for determining the concentration of an analysis gas in a gas mixture

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8130 Withdrawal